晶體二極管為一個由P型半導體和N型半導體形成的P-N結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于P-N結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

　當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。
　　當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流。
　　當外加的反向電壓高到一定程度時，P-N結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。
　　半導體二極管的主要參數(shù)
　　二極管伏安特性曲線如圖1所示。
　　圖1 二極管伏安特性曲線
　　1.反向飽和漏電流IR
　　指在二極管兩端加入反向電壓時，流過二極管的電流，該電流與半導體材料和溫度有關。在常溫下，硅管的IR為納安（10-9A）級，鍺管的IR為微安（10-6A）級。
　　2.額定整流電流IF
　　指二極管長期運行時，根據(jù)允許溫升折算出來的平均電流值。目前大功率整流二極管的IF值可達1000A。
　　3.   大平均整流電流IO
　　在半波整流電路中，流過負載電阻的平均整流電流的  大值。這是設計時非常重要的值。
　　4.   大浪涌電流IFSM
　　允許流過的過量的正向電流。它不是正常電流，而是瞬間電流，這個值相當大。
　　5.  大反向峰值電壓VRM
　　即使沒有反向電流，只要不斷地提高反向電壓，遲早會使二極管損壞。這種能加上的反向電壓，不是瞬時電壓，而是反復加上的正反向電壓。因給整流器加的是交流電壓，它的  大值是規(guī)定的重要因子。  大反向峰值電壓VRM指為避免擊穿所能加的  大反向電壓。目前  高的VRM值可達幾千伏。
　　6.   大直流反向電壓VR
　　上述  大反向峰值電壓是反復加上的峰值電壓，VR是連續(xù)加直流電壓時的值。用于直流電路，  大直流反向電壓對于確定允許值和上限值是很重要的。
　　7.  高工作頻率fM
　　由于PN結的結電容存在，當工作頻率超過某一值時，它的單向導電性將變差。點接觸式二極管的fM值較高，在100MHz以上；整流二極管的fM較低，一般不高于幾千赫。
　　8.反向恢復時間Trr
　　當工作電壓從正向電壓變成反向電壓時，二極管工作的理想情況是電流能瞬時截止。實際上，一般要延遲一點點時間。決定電流截止延時的量，就是反向恢復時間。雖然它直接影響二極管的開關速度，但不一定說這個值小就好。也即當二極管由導通突然反向時，反向電流由很大衰減到接近IR時所需要的時間。大功率開關管工作在高頻開關狀態(tài)時，此項指標至為重要。
　　9.   大功率P
　　二極管中有電流流過，就會吸熱，而使自身溫度升高。  大功率P為功率的  大值。具體講就是加在二極管兩端的電壓乘以流過的電流。這個極限參數(shù)對穩(wěn)壓二極管，可變電阻二極管顯得特別重要。
　　半導體二極管的命名方法
　　半導體器件的型號由五個部分組成，如圖2所示。如2AP9，其中“2”表示電極數(shù)為2，“A”表示N型鍺材料，“P”表示普通管，“9”表示序號。
　　半導體二極管的分類
　　半導體二極管按其用途可分為：普通二極管和特殊二極管。普通二極管包括整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開關二極管、快速二極管等；特殊二極管包括變容二極管、發(fā)光二極管、隧道二極管、觸發(fā)二極管和激光二極管等。幾種主要二極管的特性如下：
　　1.整流二極管
　　整流二極管結構主要是平面接觸型，其特點是允許通過的電流比較大，反向擊穿電壓比較高，但PN結電容比較大，一般應用于處理頻率不高的電路中。例如整流電路、嵌位電路、保護電路等。整流二極管在使用中主要考慮的因素是  大整流電流和  高反向工作電壓應大于實際工作中的值。
　　2.快速二極管
　　快速二極管的工作原理與普通二極管相同，但由于普通二極管工作在開關狀態(tài)下的反向恢復時間較長，約為4 ms～5ms，不能適應高頻開關電路的要求?？焖俣O管主要應用于高頻整流電路、高頻開關電源、高頻阻容吸收電路、逆變電路等，其反向恢復時間可達10ns。快速二極管主要包括快恢復二極管和肖特基二極管。
　　3.快恢復二極管（簡稱FRD）：是一種具有開關特性好、反向恢復時間短等特點的半導體二極管，主要用于開關電源、PWM脈寬調制器、變頻器等電子電路中，常作高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用?？旎謴投O管在制造上采用摻金、單純的擴散等工藝，可獲得較高的開關速度，同時也能得到較高的耐壓。快恢復二極管的內部結構與普通PN結二極管不同，它屬于PIN結型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復電荷很小，所以快恢復二極管的反向恢復時間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高?？旎謴投O管主要應用在逆變電源中作整流元件，高頻電路中的限幅、嵌位等。
　　4.肖特基（Schottky）二極管：也稱肖特基勢壘二極管（簡稱SBD），是由金屬與半導體接觸形成的勢壘層為基礎制成的二極管，主要特點是正向導通壓降?。s0.45V），反向恢復時間短和開關損耗小，是一種低功耗、超高速半導體器件，應用于開關電源、變頻器、驅動器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護二極管使用，或在微波通信等電路中作整流二極管、小信號檢波二極管使用。肖特基二極管在結構上與PN結二極管的區(qū)別很大，它的內部由陽極金屬（用鉬或鋁等材料制成的阻擋層）、二氧化硅（SiO2）電場消除材料、N-外延層（砷材料）、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構成，在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢壘。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓（陽極金屬接電源正極，N型基片接電源負極）時，肖特基勢壘層變窄，其內阻變小。反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，內阻變大。
　　肖特基二極管耐壓較低，反向漏電流較大，依據(jù)這個特性，可其應用在高頻低壓電路中。目前其主要應用還是在功率轉換電路中，耐壓一般小于150V，平均電流小于100A，反向恢復時間介于10 ns～40ns之間。
　　5.穩(wěn)壓二極管：穩(wěn)壓二極管又稱齊納二極管或反向擊穿二極管，是利用PN結反向擊穿特性所表現(xiàn)出的穩(wěn)壓性能制成的器件，在電路中起穩(wěn)定電壓作用。當二極管被反向擊穿后，在一定反向電流范圍內反向電壓不會隨反向電流變化。穩(wěn)壓二極管通常由硅半導體材料采用合金法或擴散法制成，它既具有普通二極管的單向導電特性，又可工作于反向擊穿狀態(tài)。在反向電壓較低時，穩(wěn)壓二極管截止；當反向電壓達到一定數(shù)值時，反向電流突然增大，穩(wěn)壓二極管進入擊穿區(qū)，此時即使反向電流在很大范圍內變化，穩(wěn)壓二極管兩端的反向電壓仍基本保持不變。當反向電流增大到一定數(shù)值后，穩(wěn)壓二極管則會被徹底擊穿而損壞。穩(wěn)壓二極管的特性曲線如圖3。
　　圖3 穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線
　　根據(jù)封裝形式、電流容量、內部結構的不同穩(wěn)壓二極管又可分為多種類型。以封裝形式劃分，有金屬外殼封裝穩(wěn)壓二極管、玻璃封裝（簡稱玻封）穩(wěn)壓二極管和塑料封裝（簡稱塑封）穩(wěn)壓二極管三種。塑封穩(wěn)壓二極管又有引線型和表面封裝兩種類型。
　　穩(wěn)壓管的主要參數(shù)包括：1. 穩(wěn)壓值VZ，當流過穩(wěn)壓管的電流為某一規(guī)定值時穩(wěn)壓管兩端的壓降；2. 電壓溫度系數(shù)，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值VZ的溫度系數(shù)在VZ低于4V時為負溫度系數(shù)值；當VZ的值大于7V時，其溫度系數(shù)為正值；當VZ的值在6V左右時，其溫度系數(shù)近似為零。目前低溫度系數(shù)的穩(wěn)壓管是由兩只穩(wěn)壓管反向串聯(lián)而成，利用兩只穩(wěn)壓管處于正反向工作狀態(tài)時具有正、負不同的溫度系數(shù)，可得到很好的溫度補償。3. 動態(tài)電阻rZ，表示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣，一般工作電流越大，rZ越??；4. 允許功耗PZ，由穩(wěn)壓管允許達到的溫升決定，小功率穩(wěn)壓管的PZ值為100 mW～1000mW，大功率的可達50W。5. 穩(wěn)定電流IZ，測試穩(wěn)壓管參數(shù)時所加的電流。實際流過穩(wěn)壓管的電流低于IZ時仍能穩(wěn)壓，但rZ較大。
　　穩(wěn)壓管的主要的用途是穩(wěn)定電壓，在要求  不高、電流變化范圍不大的情況下，可選與需要的穩(wěn)壓值  為接近的穩(wěn)壓管直接同負載并聯(lián)。在穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源系統(tǒng)中一般作基準電源，也有在集成運放中作為直流電平平移。其存在的缺點是噪聲系數(shù)較高，穩(wěn)定性較差。
　　6.半導體發(fā)光二極管：發(fā)光二極管（LED）是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體材料制成。它除了具有一般P-N結的I-N特性，此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。半導體發(fā)光二極管屬于電流激發(fā)的電致發(fā)光器件，該現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于1923年，當時并沒有引起人們的注意。隨著近代技術的發(fā)展，對發(fā)光器件提出了新的要求，希望發(fā)光管簡單、可靠、壽命長、價格低、小型化，自60年代開始電致發(fā)光的研究非常活躍。
　　LED的結構依應用和材料摻雜情況而異。用于可見光指示和顯示方面的LED,要求結構  佳化以獲得高效率；用于光通信的LED, 發(fā)射波長必須在光纖呈現(xiàn)低損耗的窗口區(qū)內，以高輻射度把  大功率耦合入光纖中，另外還需有較大的調制能力。
　　LED的主要特點是，工作在低壓（低于2伏）、小電流（幾十毫安至200毫安）下，功耗小、體積小、可直接與固體電路連接使用，且穩(wěn)定、可靠、壽命長（105～106小時）、價格便宜，此外，LED調制方便，通過調制驅動電流即可調制光輸出。
　　LED可用作指示燈、文字-數(shù)字顯示、光耦合器件、光通信系統(tǒng)光源等。用作指示燈的LED有兩種結構：徑向引線結構和軸向引線結構。前者尺寸小、價格低，適宜安裝在印刷電路板（PCB）上；后者既可安裝在儀器面板上，又可直接安裝在PCB上。專為PCB設計的  小的LED指示燈，可與晶體管和集成電路兼容，用來指示電路狀態(tài)和故障；文字－數(shù)字顯示 LED用在袖珍計算器、數(shù)字手表和電子儀表的數(shù)字顯示，多為七段顯示。對臺式計算器，顯示方式則常常是全文字-數(shù)字的35點矩陣，LED排成7×5陣列。35點矩陣價格較高、驅動電路復雜；光通信系統(tǒng)中使用的LED要求有良好的方向性，適于光通信應用的兩種主要光源是高輻射度LED和半導體注入激光器，廣泛用作中、短距離光通信系統(tǒng)的光源。此外，LED還用于信息處理、圖像傳輸、測距和傳感等領域；用作光耦合器件GaAs（或GaAsP）的LED與Si－PN結探測器相結合，可以制成許多新型器件，進行光-電和電-光的轉換，通常稱為光耦合器件。熟知的是光耦合隔離器，它高速、可靠并可提供高至2.5千伏的電隔離。采用光耦合器件的汽車點火裝置，省油、易起動、工作平穩(wěn)。
　　在新興應用市場的帶動下，LED的應用領域已從  初簡單的電器指示燈、LED顯示屏發(fā)展到LCD背光源、景觀照明、室內裝飾燈等其它領域。由于LED具有的長壽命、無污染、低功耗等特性，未來LED還將逐步替代熒光燈、白熾燈成為下一代綠色照明光源。室內照明將是LED  具市場規(guī)模和發(fā)展?jié)摿Φ膽?。LED顯示屏按顏色可分為單色、雙色和全彩顯示屏，LED全彩顯示屏由RGB三基色LED組成，每基色具有256級灰度，可顯示16777216種顏色，色彩鮮艷，圖像逼真。
　　7.激光二極管：激光二極管本質上是一個半導體二極管，按照PN結材料劃分，可以把激光二極管分為同質結、單異質結（SH）、雙異質結（DH）和量子阱（QW）激光二極管。常用的激光二極管有兩種：PIN光電二極管。它在收到光功率產生光電流時，會帶來量子噪聲；雪崩光電二極管。它能夠提供內部放大，比PIN光電二極管的傳輸距離遠，但量子噪聲更大。為了獲得良好的信噪比，光檢測器件后面須連接低噪聲預放大器和主放大器。與激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長等優(yōu)點，缺點是輸出功率?。ㄒ话阈∮?mW），線性差、單色性不好，故其在有線電視系統(tǒng)中的應用有很多限制，無法傳輸多頻道和高性能模擬信號?，F(xiàn)在，激光二極管已在計算機的光盤驅動器、激光打印機的打印頭等小功率光電設備中得到了廣泛的應用。
　　半導體激光二極管的常用參數(shù)有：波長、閾值電流Ith、工作電流Iop、垂直發(fā)散角、水平發(fā)散角和監(jiān)控電流Im等。
　　二極管的檢測方法
　　1. 普通二極管的檢測
　　二極管的極性通常在管殼上有標記，用萬用表電阻檔測量其正反向電阻也可判斷極性。將萬用表置于R×100或R×1k（Ω）擋（R×1擋電流太大，用R×10k（Ω）擋電壓太高，都易損壞管子），測試示意圖如圖4
　　圖4 萬用表簡易測試二極管示意圖，其中（a）電阻?。唬╞）電阻大
　　2.普通發(fā)光二極管的檢測
　?。?）萬用表檢測法。利用具有×10kΩ擋的指針式萬用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時，二極管正向電阻阻值為幾十至200kΩ，反向電阻的值為∝。如果正向電阻值為0或為∞，反向電阻值很小或為0，則易損壞。這種檢測方法，無法看到發(fā)光情況。
　?。?）外接電源測量。用3V穩(wěn)壓源或干電池及萬用表可以較準確地測量發(fā)光二極管的光、電特性。為此可按圖5所示連接電路即可。如果測得VF在1.4V～3V之間，且發(fā)光亮度正常，可以說明發(fā)光正常。如果測得VF=0或VF≈3V，且不發(fā)光，說明發(fā)光管已壞。
　　圖5外接電源測量發(fā)光二極管特性
　　3.紅外發(fā)光二極管的檢測
　　由于紅外發(fā)光二極管發(fā)射的光為1μm～3μm的紅外光，人眼看不到。通常紅外發(fā)光二極管發(fā)射功率只有幾mW，不同型號的紅外LED發(fā)光強度角分布也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1.3μV～2.5V。因紅外發(fā)光二極管發(fā)出的為不可見光，上述方法只能判定其PN結正、反向電學特性是否正常，而無法判定發(fā)光情況。為此，  好準備一只光敏器件作為接收器。
　　二極管的選用
　　在電路設計中選用二極管時需考慮如下主要參數(shù)：
　　1.正向特性
　　當兩端的正向電壓很小時，二極管不導通處于“死區(qū)”狀態(tài)；當正向電壓超過一定數(shù)值后，二極管開始導通，且電流隨電壓的不斷升高而增大。不同材料的二極管，起始電壓不同，硅管約為0.5V～0.7V，鍺管為0.1V～0.3V。
　　2.反向特性
　　二極管兩端加上反向電壓時，反向電流很小，當反向電壓逐漸增大時，反向電流基本保持不變。不同材料的二極管，反向電流不同，硅管約為1微安到幾十微安，鍺管則可高達數(shù)百微安。反向電流受溫度變化的影響較大，鍺管的穩(wěn)定性比硅管略差。
　　3.擊穿特性
　　當反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流急劇增大，稱為反向擊穿。反向擊穿電壓值因器件結構、工藝和材料的差異差別很大，從1伏到幾百伏，甚至高達數(shù)千伏。
　　4.頻率特性
　　由于結電容的存在，當頻率高到某一程度時，容抗小到使PN結短路，導致二極管失去單向導電性而不能工作。PN結面積越大，結電容也越大，在高頻情況下二極管越不能工作。
　　普通二極管主要用于整流、檢波、混頻、開關、穩(wěn)壓等，在許多電路中起著重要作用。特殊二極管如發(fā)光二極管因技術的進步，極大地拓展了其應用領域。從數(shù)量上看，憑借國內強大的制造能力，指示燈依舊是LED的應用大戶，用量占據(jù)LED市場消耗量的半壁江山。但由于指示燈多為普通亮度LED，經過多年的發(fā)展產量很大且早已形成買方市場，指示燈領域的LED市場規(guī)模增長緩慢。在節(jié)能減排的大環(huán)境下，各國政府紛紛出臺政策推進LED燈進入普通照明燈具市場，室內照明將成為LED  具發(fā)展?jié)摿Φ膽?。此外，顯示屏市場、數(shù)碼設備的背光源市場以及汽車車燈市場等在可以預見的未來將成為LED的主要應用市場。